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　火力發(fā)電廠的鍋爐給水泵，需要根據(jù)機(jī)組負(fù)荷的改變來調(diào)節(jié)給水壓力和給水量。在幾種調(diào)節(jié)方式中，因改變給水泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量具有明顯的節(jié)能效果而被廣泛采用。對于大容量機(jī)組的鍋爐給水泵，通常以異步電動機(jī)為動力，幾乎都是通過安裝液力偶合器進(jìn)行機(jī)械調(diào)速，并且這種調(diào)速方法具有空載起動電動機(jī)的良好作用[1]。

　　液力偶合器屬于電廠輔助設(shè)備，目前大多數(shù)都是采用分散儀表監(jiān)控，有的甚至脫控運(yùn)行，亟待運(yùn)用測控新技術(shù)，對其運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行自動監(jiān)測和控制。西門子S7一200PLC是一個非常好的選擇，它性價比高、系統(tǒng)組裝和構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)非常靈活、而且具有PID調(diào)節(jié)指令功能，編程和調(diào)試非常方便，因此，基于西門子PLC的控制系統(tǒng)將極大地提高整機(jī)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

　　1 調(diào)速原理

　　液力偶合器安裝于異步電動機(jī)和給水泵之間，它是一種利用液體通過泵輪和渦輪來傳遞功率的傳動裝置，主要由泵輪、渦輪、旋轉(zhuǎn)外殼和勺管等部件組成，如圖1.1所示。工作時，輸入軸從電動機(jī)處獲得能量，通過中間軸，泵輪將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髑粌?nèi)的液體動能，推動渦輪轉(zhuǎn)動，再變成機(jī)械能傳給輸出軸，帶動鍋爐給水泵工作。

　　為適應(yīng)機(jī)組工況的變化要求，在電動機(jī)轉(zhuǎn)速恒定的情況下，調(diào)節(jié)勺管的開度，可改變偶合器工作腔里的充液量，不同的充液量可以得到不同的輸出特性，因此，通過連續(xù)改變充液量既可實現(xiàn)輸出軸的無級調(diào)速。

　　調(diào)速機(jī)構(gòu)中的勺管，由電動執(zhí)行器通過簡單的機(jī)械機(jī)構(gòu)驅(qū)動。電動執(zhí)行器接受標(biāo)準(zhǔn)電流信號，將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的轉(zhuǎn)角輸出，因此，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速實際上是調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的輸出模擬量信號，西門子S7一200PLC滿足這一主要功能要求。

　　2 測控對象

　　1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)最主要的測控對象是液力偶合器輸出軸的轉(zhuǎn)速。調(diào)速原理如圖2.1所示，利用液位變送器，將反應(yīng)鍋爐水位的模擬量信號送給控制系統(tǒng)，同時利用測速變送器，將輸出軸轉(zhuǎn)速也反饋給控制系統(tǒng)，依據(jù)設(shè)定的PID控制算法計算后輸出電流信號，電動執(zhí)行器將之轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)角，通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)驅(qū)動勺管移動，其開度對應(yīng)鍋爐水位要求的泵輪轉(zhuǎn)速。

　　2)工作油系統(tǒng)

　　液力偶合器工作腔內(nèi)介質(zhì)油的最佳工作溫度為60°～70°C，油溫高雖然有利于能量的傳遞，但過高反而有害無益，因此要限制工作油溫度范圍為35～100°C，采用鉑電阻溫度傳感器，當(dāng)油溫高于110°C時報警，當(dāng)油溫高于130°C時停止主電機(jī)運(yùn)行。另外在工作油冷卻器入口和出口分別設(shè)置溫度傳感器，將入口油溫度控制在60～100°C，將出口油度溫控制在35～75°C。

　　3)潤滑油系統(tǒng)

　　高轉(zhuǎn)速、大功率液力偶合器帶有滑動軸承，其潤滑油系統(tǒng)獨立于工作油系統(tǒng)，因此在輸入軸、中間軸、輸出軸等處設(shè)置6個鉑電阻溫度傳感器，測量滑動軸承溫度，避免溫度過高使?jié)櫥阅茏儾睿瑹龎妮S瓦。限定潤滑油溫度范圍在35～85°C，當(dāng)油溫高于90°C時報警，當(dāng)油溫高于95°C時停止主機(jī)運(yùn)行。另外在潤滑油冷卻器入口和出口分別設(shè)置溫度傳感器，將入口油溫度控制在45～65°C，將出口油溫度控制在35～55°C。

　　為防止壓力過低供油不足而造成潤滑情況惡劣，限定潤滑油壓力范圍在0.2～0.3Mpa，監(jiān)測母管油壓，當(dāng)油壓低于0.1Mpa時報警，并且啟動輔助油泵，低于0.05Mpa則必須停止主電機(jī)運(yùn)行。另外還要限定濾油器進(jìn)出口壓力差不超過0.6Mpa 。

　　3 硬件組成

　　反映系統(tǒng)狀態(tài)的主要參數(shù)是水位、轉(zhuǎn)速、油溫、油壓等物理量，選用各類變送器轉(zhuǎn)換為4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，共計14路模擬量 各電機(jī)、閥門、報警指示燈等開關(guān)量輸入輸出共30點，因此系統(tǒng)的配置不甚復(fù)雜。采用西門子S7一200系列小型機(jī)控制，一旦發(fā)生故障影響面小、容易查找。

　　首先選用CPU226模塊，具有24點輸出/16點輸入，可連接7個擴(kuò)展模塊，提供1000mA的總線電流，并且具有32位浮點運(yùn)算功能和內(nèi)置集成的PID調(diào)節(jié)運(yùn)算指令，非常適合液力偶合器調(diào)速的鍋爐供水系統(tǒng)。

　　其次擴(kuò)展EM231模擬量輸入模塊(4路模擬量輸入，消耗DC5V電流為10mA)3塊 擴(kuò)展EM235模擬量輸入輸出模塊(4路模擬量輸入/1路模擬量輸出，消耗DC5V電流為10mA)1塊，通過DIP開關(guān)進(jìn)行設(shè)置，輸入輸出端口時能夠自動完成A/D和D/A的轉(zhuǎn)換，即標(biāo)準(zhǔn)電流信號與一個字長(16